CN101587201B - 全光纤四分之一波片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全光纤四分之一波片的制备方法，包括如下步骤：步骤一，将用于传输的圆芯线保偏光纤的一端与一段单模光纤的一端熔接，而将一圆芯传感光纤一端和这一段单模光纤的另一端熔接；步骤二，取至少一段光纤作为辅助光纤，平行放置并相互紧靠于步骤一中熔接后的光纤结构中一段单模光纤的一侧或两侧，所述圆芯线保偏光纤的主轴与放置后的平面成45度角；步骤三，高温加热熔融并置的单模光纤区域，并使加热区单模光纤和辅助达熔融状态并熔合在一起，继续加热时，圆芯的单模光纤逐渐被椭圆化，控制加热熔融时间制备形成四分之一波片。本发明的制备方法中使用普通的单模光纤，制备出损耗极小的四分之一波片，还可用于制备其它设定的波片。

Description

全光纤四分之一波片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种全光纤电流传感器中的四分之一波片，本发明还涉及其的制备方法。

背景技术

目前光纤型四分之一波片得到广泛地使用，特别是在光纤型电流传感器中，得到重要应用。通过它可将来自于线双折射光纤的线偏振正光变换成圆偏振光，输出后进入传感光纤中。通常在光纤型电流传感器中，四分之一波片位于线双折射保偏光纤和传感光纤之间。而全光纤四分之一波片实际就是一段长度为四分之一拍长的双折射光纤，通常与线保偏光纤相同，只是在熔接时，与传输光纤(线保偏光纤)的主轴有45度的夹角。参见图1中，A点和B点之间即为四分之一波片。目前使用最广泛的光纤就是熊猫型保偏光纤，由于熊猫型光纤结构中存在热应力棒，属于应力双折射保偏光纤，用它制作的四分之一波片的性能随温度变化特别灵敏。因而有报道利用椭圆芯保偏光纤来制备四分之一波片，由于椭圆芯光纤是属于几何双折射光纤，用它来做成的四分之一波片热稳定性有很大的提高，但带来了另一个问题就是椭圆芯光纤和圆芯线双折射保偏光纤之间，及与圆心传感光纤之间的熔接损耗偏大。假如光路来回一次，即经过四个熔接点，故因熔接点产生的光损耗比较大。另外，由于普通的线双折射光纤，不管是应力双折射(如熊猫型光纤)还是几何双折射光纤(椭圆芯光纤)的拍长一般都比较短，2mm到6mm左右，要使利用它们直接制作四分之一波片，其长度只有0.5mm到1.5mm，因此要想精确控制以制作四分之一波片的双折射光纤长度的确是一件不容易的事，除非利用特制的具有较长拍长的椭圆芯光纤，这样会增加***的成本。但还是无法解决椭圆芯光纤和圆心光纤之间的熔接损耗问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全光纤四分之一波片的制备方法，其关键就是能够降低熔接损耗。

为解决上述技术问题，本发明的全光纤四分之一波片由一段单模光纤和至少一段的辅助光纤熔合而成，在全光纤四分之一波片中，其中单模光纤结构为从两端点的圆芯渐变到熔合区的椭圆芯。即通过辅助光纤和高温加热，将原来园芯的单模光纤转变椭圆化芯的双折射光纤。辅助光纤可以是普通的单模或多模光纤，也可以用无芯纤。

本发明的全光纤四分之一波片的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将一用于传输的线保偏光纤的一端与一段单模光纤的一端进行熔接；而其另一端则与传感光纤的一端熔接；

步骤二，取至少一段辅助光纤，平行放置于步骤一中熔接后的光纤结构中熔接点的一侧或两侧，并使辅助光纤与这段单模光纤部分并置，所述线保偏光纤的主轴与放置后的平面成45度角；

步骤三，加热熔融并置的单模光纤和辅助光纤区域，使加热区光纤达熔融状态并熔合在一起，此时，圆心单模光纤被逐渐椭圆化，控制加热熔融时间制备形成四分之一波片。

在本发明的制备方法中，圆心单模光纤与圆心线双折射光纤熔接，以及圆心单模光纤与圆心传感光纤之间的熔接，由于这些光纤之间的模场相对比较匹配，其熔接损耗自然比较低，而且当单模光纤被高温加入过的区域形成椭圆芯光纤后，从熔接点一个端点圆芯逐渐变成椭圆芯，再从椭圆芯逐渐变到圆心，都有一段“慢变化”的过渡区的(即所谓“绝热波导”)，所以损耗特别小。在本发明的步骤三加热熔融过程中，单模光纤的芯逐渐被“压扁”，成为椭圆芯光纤，其双折射拍长连续不断地缩短(这里假定实际单模光纤的拍长很长，且有一定长度)。通过这样的工艺过程，不仅可以做四分之一波片，还可制成其它各类波片。所制成波片的附加损耗一般小于0.1dB，典型值为0.05dB。故本发明的制备方法有着广泛的应用。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为普通全光纤四分之一波片熔接的示意图；

图2为本发明的具体实施中针对实施步骤一后的结构示意图；

图3为本发明的具体实施中步骤二后的结构示意图；

图4a为图3中A点一侧的截面结构示意图；

图4b为图3中A点另一侧的截面结构示意图；

图5本发明的具体实施中步骤三后的结构示意图；

图6a为图5中熔合区的截面结构示意图；

图6b为图5中熔合区形成的椭圆芯光纤和线双折射光纤的主轴取向图；

图7为本发明的另一实施例中的实施步骤二后的结构示意图；

图8a为图7中A点一侧的截面结构示意图；

图8b为图7b中为A点另一侧的截面结构示意图；

图9为本发明的另一实施例中的实施步骤三后的结构示意图；

图10a为图9中熔合区的截面结构示意图；

图10b为图9中熔合区形成的椭圆芯光纤和线双折射光纤的主轴取

图11a和图11b为本发明的又一实施例中实施步骤三后的熔融区截面结构示意图。

具体实施方式

在一般的情况下，制备步骤如下：

第一步：将应力型圆芯线保偏光纤与一小段普通的单模光纤熔接在一起，其熔接点位A，然后再将一根传感光纤一端与这一小段普通单模光纤的另一端熔接起来，其熔接点为B(见图2)，所用单模光纤的长度可为1.0cm～8.0cm。这里所熔接的单模光纤一般与线保偏光纤的工作参数基本一致，目的是为了获得比较低的熔接损耗，一般可确保小于0.1dB；

第二步是取二根直径和上述一段普通光纤一样或接近的光纤(可以是单模光纤、多模光纤和无芯纤中的至少一种)，分别并行放置在普通单模光纤的两侧，见图3，同时确保线保偏光纤的主轴与放置的平面成45度角度。在三根并行放置区域内，在线保偏光纤一侧(即图3中A点的左侧)，其横截面的形状如图4a所示，而在线保偏光纤的另一侧(即图3中A点的右侧)，其横截面的形状如图4b所示。确保图3中三根光纤在同一个平面上；

第三步就是用高温加热并置的三根光纤区域，同时在图5中的输入端应力型圆芯线保偏光纤接入线偏振光源，输出端传感光纤接入偏振分析仪或偏振隔离度测试仪。高温下可使三个光纤达到熔融状态，并逐渐使三根光纤熔合在一起，该温度范围可在1450℃～1700℃，具体数据可由有限次试验得到。在这个过程中，单模光纤的芯逐渐被“压扁”，成为椭圆芯光纤，从圆芯光纤逐渐变成椭圆芯光纤，其双折射拍长连续不断地缩短(这里假定实际的单模光纤有很长的拍长)。假定中间那段单模光纤其椭圆化芯的长度为L，那么在主轴上传输的线偏振光经过这段光纤后所产生的相位差可表示为：

$\mathrm{\Δ\φ}=2\·{\∫}_0^{L/2}({\mathrm{\β}}_x\left(z\right)-{\mathrm{\β}}_y\left(z\right))\mathrm{dz}---\left(1\right)$

这里β_x和β_y分别为二个主轴上的传播常数，由于芯的椭圆度与位置有关，因此它们也传输位置Z有关。L为椭圆化芯区光纤的总长度。通过控制熔融时间，相位差逐渐达到π/2，此时就做成四分之一拍长波片。在这个过程中，可以通过偏振分析仪监控到线偏正光逐渐变化成圆偏振光。如果增加熔融范围或通过延长加热时间，增加芯的椭圆度，相位差将继续增大，可以做成二分之一波片或全波片，或可以做成任意设定的波片。熔融区的横截面一般如图6a所示，由于椭圆芯的方位总是与放置的平面垂直，因而与线双折射光线自动形成了45度的夹角，如图6b所示。

上述的制备方法，在第二步中，也可只取一根辅助光纤放置在图2中的一侧(见图7)，在高温熔融前，其横截面的如图8a和图8b所示。高温熔融后，二根单模光纤被完全熔融在一起(见图9)，单模光纤圆芯也同样被压扁，也可以做成四分之一波片(见图10a和10b)。

故本发明的全光纤四分之一波片由一段单模光纤和至少一段辅助光纤熔合而成，在全光纤四分之一波片中，其中单模光纤结构从两端点的圆芯渐变到熔合区的椭圆芯。

在本发明中，在第二步中放入的至少一根光纤实际上就是辅助光纤，目的是经高温熔融后，把第一步中接入的单模光纤芯被压扁。因此对辅助光纤的参数没有太严格的限制，但最好使用与接入的单模光纤相同或采用同样直径的无芯纤。如辅助光纤使用无芯纤，熔融后的横截面将成为如图11a和如图11b所示。通过这样的工艺过程，不仅可以做四分之一波片，还可制成其它各类波片。所制成波片的附加损耗一般小于0.1dB，典型值为0.05dB。

Claims (7)

1.一种全光纤四分之一波片，其特征在于：所述全光纤四分之一波片由一段单模光纤和至少一段辅助光纤熔合而成，熔合前所述单模光纤的一端熔接有圆芯线保偏光纤，所述单模光纤的另一端熔接有传感光纤，所述单模光纤和辅助光纤部分平行并置于同一平面上，且所述圆芯线保偏光纤的主轴与所述平面成45度角，在所述全光纤四分之一波片中，所述单模光纤结构为从两端点的圆芯渐变到熔合区的椭圆芯。

2.按照权利要求1所述的全光纤四分之一波片，其特征在于：所述辅助光纤为普通单模、多模光纤和无芯纤中的至少一种。

3.一种制备如权利要求1所述全光纤四分之一波片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将一用于传输的圆芯的应力型线保偏光纤的一端与一段单模光纤的一端进行熔接，将所述一段单模光纤的另一端熔接一圆芯传感光纤的一端；

步骤二，取至少一段辅助光纤，平行放置于步骤一中熔接后的光纤结构中单模光纤的一侧或两侧，并使单模光纤和辅助光纤部分平行并置于同一平面上，所述圆芯线保偏光纤的主轴与所述平面成45度角；

步骤三，加热熔融并置的单模光纤与辅助光纤区域，使它们达到熔融状态并熔合在一起，继续高温加热时，圆芯的单模光纤逐渐被椭圆化，控制加热熔融时间制备形成四分之一波片。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤一中单模光纤的长度为1.0cm至8.0cm。

5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：在步骤三加热熔融的同时还包括在所述步骤一中圆芯线保偏光纤的另一端接入线偏振光源，在所述步骤一中圆芯传感光纤的另一端接入偏振分析仪或偏振隔离度测试仪。

6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的辅助光纤为普通单模光纤、多模光纤和无芯纤中的至少一种。

7.一种全光纤波片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将一用于传输的圆芯线保偏光纤的一端与一段单模光纤的一端进行熔接；

步骤二，取至少一段辅助光纤，平行放置于步骤一中熔接后的光纤结构中单模光纤的一侧或两侧，并使单模光纤和辅助光纤部分平行并置于同一平面，所述线保偏光纤的主轴与所述平面成45度角；

步骤三，加热熔融并置的单模光纤区域，使单模光纤与辅助光纤达到熔融状态并熔合在一起，继续加热时，圆芯的单模光纤逐渐被椭圆化，控制加热熔融时间制备形成设定长度的波片。

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